JP3253449B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents

光起電力装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光などの光エネル
ギーを電気エネルギーに直接変換する光起電力装置の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、アモルファスシリコン太陽電
池などの薄膜半導体光起電力装置においては、光エネル
ギーを電気エネルギーに変換する光電変換効率の向上が
要望されている。光電変換層における光路長を長くし、
光の収集効率を高めるため、光起電力装置を構成する薄
膜の界面に凹凸形状を付与することが一般に行われてい
る。透光性基板を用い基板側から光が入射するタイプの
光起電力装置においては、基板上に凹凸形状を有するよ
うにテクスチャー化した透明導電膜を形成した薄膜半導
体光起電力装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな凹凸形状を有するテクスチャー化した透明導電膜の
表面は、表面が平坦な透明導電膜に比べ導電性が低く、
このため光電変換層で発生した光電流を効率良く取り出
すことができないという問題があった。
【0004】このような問題を解消するため、透明導電
膜の上に金属集電極を形成し、透明導電膜表面での集電
能力を高める試みもなされているが、このような集電極
は金属薄膜を形成した後パターニングすることにより形
成されるものであるため、製造工程が複雑となり、また
集電極の線幅が比較的大きなものであるため、入射光量
が低下し、光電変換性能が低下してしまうという問題が
あった。
【0005】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、入射光量を低下させることなく、光電流の収
集効率を向上させることができ、良好な出力特性を得る
ことができる光起電力装置の製造方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力装置
製造方法は、基板上に透明導電膜を形成する工程と、熱
アニールにより金属を樹状成長させて透明導電膜上に網
状金属膜を形成する工程と、網状金属膜上に光電変換層
を形成する工程と、光電変換層上に電極層を形成する工
程とを備えたことを特徴としている。熱アニールは外部
から加熱して行ってもよいし、透明導電膜に電圧を印加
して加熱させてもよい。
【0007】
【0008】網状金属膜は、上述のように透明導電膜上
で金属を樹状成長させて形成することができるものであ
るが、具体的には、透明導電膜上に金属粒を点在させ、
あるいは金属薄膜を形成し、これらの金属粒または金属
薄膜から金属を樹状成長させる。このような金属粒の粒
径は10〜100μm程度が好ましい。粒径が大きすぎ
たり、小さすぎたりすると、適切な網状金属を形成する
ことができない。すなわち、大きすぎると、成長しきら
ずに粒が残留したり、入射光側に形成すると網目が小さ
くなって、光が遮られ光の有効利用を妨げる。一方、小
さすぎると、網形成ができず、導電性に対する効果が不
充分となる。
【0009】また金属薄膜の厚みは1〜10μm程度が
好ましい。この金属薄膜の膜厚についても、その厚みが
厚すぎたり薄すぎたりすると、上述した金属粒の大小と
同様の現象が生じてしまう。
【0010】このような金属粒や金属薄膜からの樹状拡
散は例えば、J.Appl. Phys. 71.(1992) 2238 に開示
されている。この文献においては、SnO2 などの金属
酸化物上において、金属粒や金属薄膜から樹状拡散成長
が起こることが説明されている。拡散した金属は微細な
糸状に、母体金属から放射状に拡散する。本発明者ら
は、このような原理に基づき、適当な大きさの金属粒や
適当な厚みの金属膜を出発材料として用い、またこれら
の出発材料を透明導電膜上に適当な状態で配置し処理す
ることにより、拡散樹状成長させて網状の金属膜が形成
されることを見出し、このような網状金属膜を透明導電
膜上に形成することにより、透明導電膜表面での導電特
性を改善することができ、半導体層との接合界面特性を
改善できることを見出した。
【0011】また、本発明においては、透明導電膜の上
に網状金属膜を形成した後、この網状金属膜の上にさら
に第2の透明導電膜を形成し、この第2の透明導電膜の
上に光電変換層を形成してもよい。
【0012】
【作用】本発明の光起電力装置の製造方法では、透明導
電膜上に網状金属膜を形成することにより、光電変換層
で発生した光電流の収集効率を高めている。また光電変
換層と透明導電膜の間の界面におけるオーミック接合性
も高められるので、光起電力装置の特性向上を大幅に図
ることができる。
【0013】また、本発明に従えば、金属集電極の形成
のようなパターニング工程を必要としないので、簡易な
工程で形成することができる。また網状金属膜であるの
で、その線幅を非常に小さくすることができ、入射光量
の低減を非常に少なくすることができる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明に従う一実施例を示す断面図
である。図1を参照して、ガラスや石英などの透光性の
絶縁性基板1の上に、化学的気相成長法などによりテク
スチャー化された透明導電膜2が形成されている。本実
施例では、化学的気相成長法により基板温度500℃
で、SnCl4 、HF、H2 O及びO2 ガスを原料ガス
として用い、テクスチャー化したSnO2 膜を形成し
た。これにより、凹凸形状を有するヘイズ率20%のテ
クスチャー化された透明導電膜2を有する基板1を得
た。
【0015】透明導電膜2の上には、網状金属膜3が形
成されている。このような網状金属膜3は透明導電膜2
の上に金属粒を付着し、この金属粒から樹状拡散成長さ
せることにより形成した。平均粒径100μm以下のA
g粉末を適当な有機溶剤中にコロイド状に分散させ、こ
の分散液中に透明導電膜2を備えた基板1を浸した後取
り出し、乾燥させた。その結果、図2に示すように、金
属粒13がテクチスャー化した透明導電膜2上に点在し
付着した状態のものが得られた。金属粒13の点在する
間隔は、本実施例では100μm程度であった。金属粒
を付着させる際の点在させる間隔は、特に限定されるも
のではないが、10〜100μm程度が好ましい。また
本実施例ではAg粉末を用いているが、金属粒の種類は
特に限定されるものではなく、透明導電膜とオーミック
接触性の良好な金属または合金であればよい。また、本
実施例では、金属粒のコロイド溶液を用い金属粒を付着
形成させているが、イオンクラスタービームなどの蒸着
法により金属粒を付着形成させてもよい。
【0016】以上のようにしてAg粒子を透明導電膜2
上に付着させた後、基板をアニール炉中に入れ、400
℃で30分加熱した後、アニール炉から取り出し室温ま
で除冷した。このような熱アニールにより、金属粒から
金属拡散が生じ、樹状成長する。隣接する金属粒から枝
状に拡散し、この樹状拡散金属が接し合うことにより網
目状態の金属膜が形成される。図3は、このようにして
形成される網状金属膜を示している。網状部分以外の網
目部分には、ほとんど金属成分が存在しておらず、集電
の役割を果たすのに適当な状態で形成される。
【0017】本実施例では、金属粒から樹状拡散成長を
させているが、金属薄膜を用いた場合にも、同様に樹状
成長させることができる。金属薄膜を用いた場合には、
透明導電膜上で金属の凝集が生じ、このような金属の凝
集の後樹状成長が起こり、網目状金属膜が得られる。こ
のような金属薄膜の形成方法は特に限定されるものでは
ないが、例えば蒸着法により形成することができる。
【0018】図1を参照して、以上のようにして網状金
属膜3を形成した後、この網状金属膜3の上にa−Si
Cからなるp型薄膜半導体層4、a−Siからなるi型
薄膜半導体層5、a−Siからなるn型薄膜半導体層6
をプラズマCVD法により積層して形成する。次に、こ
の上に、Al膜を真空中で抵抗加熱蒸着し、Alからな
る裏面電極7を形成する。
【0019】以上のようにして得られた薄膜半導体光起
電力装置について出力特性を評価した。なお、比較とし
て、網状金属膜3を形成しない以外は、図1に示す実施
例と同様にして作製した比較例の薄膜半導体光起電力装
置についても出力特性を評価した。図4は、この比較例
の薄膜半導体光起電力装置を示す断面図である。図4に
おいて、図1と同様の構成については、同一の参照番号
を付している。
【0020】得られた結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示されるように、本発明に従う実施
例の光起電力装置は、開放電圧、短絡電流、フィルファ
クターのそれぞれにおいて改善されており、比較例の光
起電力装置に比べ高い変換効率を示し、良好な出力特性
を示している。これは、網状金属膜により集電効果が向
上し、透明導電膜と光電変換層との間のオーミック接合
性が改善されたためと考えられる。
【0023】上記実施例では、透明導電膜として酸化ス
ズ薄膜を示したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば、インジウムスズ酸化膜(ITO)など、
その他の透明導電膜にも適用され得るものである。
【0024】
【発明の効果】本発明に従い、透明導電膜上に網状金属
膜を形成することにより、透明導電膜表面の導電特性が
改善され、光起電力装置の出力特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う一実施例の光起電力装置を示す断
面図。
【図2】本発明に従う一実施例において透明導電膜上に
金属粒を付着させた状態を示す断面図。
【図3】本発明に従う一実施例における網状導電膜を示
す平面図。
【図4】比較の光起電力装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…基板 2…透明導電膜 3…網状金属膜 4…p型非晶質シリコン半導体薄膜 5…i型非晶質シリコン半導体薄膜 6…n型非晶質シリコン半導体薄膜 7…裏面電極 13…金属粒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−164078(JP,A) 特開 平3−125482(JP,A) 特開 昭61−96775(JP,A) 特開 昭52−82088(JP,A) 特開 平6−140650(JP,A) 特開 昭56−100486(JP,A) 実開 平4−10351(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に透明導電膜を形成する工程と熱アニールにより金属を樹状成長させて前記透明導電膜
    上に網状金属膜を形成する工程と、 前記網状金属膜上に光電変換層を形成する工程と、 前記光電変換層上に電極層を形成する工程と を備える光
    起電力装置の製造方法
  2. 【請求項2】 前記基板が透光性基板である請求項1に
    記載の光起電力装置の製造方法
  3. 【請求項3】 前記透明導電膜が、テクスチャー化され
    た透明導電膜である請求項1または2に記載の光起電力
    装置の製造方法
  4. 【請求項4】 前記網状金属膜の上にさらに第2の透明
    導電膜を設けることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    か1項に記載の光起電力装置の製造方法
  5. 【請求項5】 前記透明導電膜上に点在させた金属粒を
    熱アニールすることにより前記網状金属膜を形成するこ
    を特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の光
    起電力装置の製造方法
  6. 【請求項6】 前記透明導電膜上に形成された金属薄膜
    を熱アニールすることにより前記網状金属膜を形成する
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の
    光起電力装置の製造方法
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WO2014087586A1 (ja) * 2012-12-07 2014-06-12 パナソニック株式会社 光電変換素子

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